La paleobiogeografía es la parte de la paleobiología que estudia la distribución geográfica de los organismos del pasado que conocemos por sus fósiles.
Esta disciplina paleontológica está en estrecha relación con la paleogeografía, disciplina geológica que estudia la geografía del pasado, intercambiando y contrastando información entre ellas.
Los estudios tafonómicos y paleoecológicos son necesariamente previos al análisis paleobiogeográfico, con el fin de discriminar que fósiles son autóctonos respecto a los sedimentos en los que han quedado registrados y evitar así las posibles distorsiones causadas por deriva necrocinética o la resedimentación, previas al enterramiento de los restos, o la reelaboración de fósiles durante la fosildiagénesis.
Las dispersiones y migraciones de los organismos del pasado aportan información sobre la formación o supresión de barreras geográficas.
Al igual que en biogeografía se distinguen dos tipos de áreas paleobiogeográficas: En cada paleobioprovincia se pueden distinguir distintos paleobiomas.